Launch HN: Enhanced Radar (YC W25) – 항공 교통 관제를 위한 안전망

안녕하세요 HN 여러분, 저희는 Enhanced Radar의 Eric과 Kristian입니다. 저희는 과부하된 항공 공간 시스템 (airspace system) 내에서 관제 서비스를 보강하여 항공 여행을 더 안전하게 만드는 일을 하고 있습니다.

최근 몇 주 동안 항공 안전이 모두의 관심사가 되었지만, 저희는 수년 동안 이 문제를 고민해 왔습니다. 저희 둘 다 조종사이며, 합산 비행 시간은 2,500시간에 달합니다. Eric은 전문 조종사로서 Gulfstream 280 기종 한정 자격 (type rating)과 FAA 및 EASA 자격증을 보유하고 있습니다. Kristian은 레저용으로 비행하며, 이전에는 위성을 위한 엣지 컴퓨터 비전 (edge computer vision) 분야에서 일했습니다.

저희는 비행 경험을 통해 항공 교통 관리 (air traffic management)가 불완전하다는 것을 알고 있기에 (모든 조종사는 그런 경험담을 하나씩 가지고 있습니다...), 이 문제가 해결해야 할 명확한 과제라고 느꼈습니다.

대부분의 사고는 과잉 결정된 "사고 사슬 (accident chain)"(https://code7700.com/accident_investigation.htm)의 결과입니다. 여기서 흔히 쓰이는 비유는 스위스 치즈 모델 (swiss cheese model)로, 각 슬라이스의 구멍들이 완벽하게 일렬로 정렬되어 사고를 일으키는 상황을 말합니다. 종종 그 사슬의 최소 한 고리는 인적 오류 (human error)입니다.

올해 발생한 비극들을 분석하는 것은 피하고, 지난 4월 DCA에서 발생했던 아찔했던 상황을 예로 들어보겠습니다:

관제탑은 JetBlue 1554편에 04번 활주로 이륙 허가를 내렸으나, 동시에 다른 주파수의 지상 관제사가 Southwest 항공기를 동일한 활주로를 가로지르도록 허가하여 두 항공기가 충돌 경로에 놓이게 되었습니다. 관제사들은 충돌 상황이 전개되는 것을 인지하고 즉시 개입하여 두 항공기에 정지하라고 외쳤고, 약 8초의 여유를 두고 충돌을 피할 수 있었습니다 (https://www.youtube.com/watch?v=yooJmu30DxY).

중요한 점은, 이 사고를 유발한 오류가 충돌이 명백해지기 약 23초 전에 발생했다는 것입니다. 이 시나리오에서 좋은 해결책은 항공기가 활주로 이륙 허가를 받았을 때 이를 이해하고, 이륙 항공기가 이륙 (wheels-up)할 때까지 다른 항공기가 해당 활주로를 가로지르도록 허가되지 않도록 (또는 실제로 가로지르지 않도록) 보장하는 시스템이 될 것입니다. 이와 같은 방식으로 말이죠.

이를 위해 우리는 ATC (항공 교통 관제) 오디오를 이해할 수 있는 최첨단 음성 인식 (Speech-to-Text) 기술을 포함한 모델 앙상블인 Yeager를 개발했습니다. Yeager는 미국 전역의 공항에 위치한 당사의 VHF 수신기에서 수집한 대량의 자체 라벨링된 ATC 오디오를 통해 학습되었습니다. 우리는 공항 레이아웃 상세 정보, 인근/관련 항행 안전 시설 (Navaids), 그리고 ADS-B를 통해 포착된 모든 관련 항공기 정보를 포함한 컨텍스트 (Context)를 주입함으로써 성능을 향상시킵니다.

당사의 제품은 공항에 자체 안테나, 라디오 및 소프트웨어를 설치함으로써 공중에 떠 있는 로우 시그널 (Raw signal, 관제탑에서 조종사로 전달되는 VHF 라디오)에 올라타는 방식입니다. 이 시스템은 기존 인프라와 완전히 병렬로 작동하며, 어떠한 허가나 통합 과정도 필요하지 않습니다. 이는 기존 시스템을 대체할 필요가 없는, 기존 시스템 위에 구축된 추가적인 안전망입니다. 우리가 필요로 하는 모든 데이터는 오픈 소스이며 암호화되지 않은 상태입니다.

ATC 음성을 처리하기 위한 모델을 구축하는 것은 인간의 실수(조종사와 ATC 모두에 의한)를 감지하는 안전망을 구축하기 위한 우리의 첫 번째 단계입니다. 최신 시스템은 VHF 관제 오디오를 약 ~1.1%의 WER (단어 오류율, Word Error Rate)로 전사하며, 이는 이전 기록인 ~9%에서 크게 낮아진 수치입니다. 우리는 이러한 전사 데이터를 NLP (자연어 처리) 및 ADS-B (항공기 위치를 실시간으로 추적하는 시스템)와 함께 사용하여 리드백 감지 (Readback detection, 조종사가 ATC의 지시를 정확하게 복창하는지 확인하는 것) 및 명령 준수 (Command compliance)를 수행하고 있습니다.

항공 교통 관제 (ATC)의 미래에 대해서는 다양한 견해가 존재합니다. 저희의 제품은 당연하게도 저희만의 확신과 현장에서의 경험을 바탕으로 하고 있습니다. 예를 들어, 음성 통신 (voice comms)이 사라질 것이라는 말이 때때로 나오지만, 저희는 그렇지 않을 것이라고 생각합니다 (https://www.ericbutton.co/p/speech). 또한 사람들은 비행기가 스스로 비행하게 될 것이라고 지적하지만, 사실 비행기는 이미 그렇게 하고 있습니다. 하지만 예를 들어 여객 항공사의 경우, 최종 제어권을 가진 조종사를 (기내에 혹은 지상에) 계속 유지할 것이며, 이는 아주 먼 미래의 일이 아닙니다. 항공 분야의 경제성, 정치적 상황, 그리고 상상을 초월하는 안전 및 법적 표준이 이를 필연적으로 만듭니다. 또한 ASDE-X와 같은 차세대 ATC 시스템이 이미 구축되어 있음에도 불구하고, 그것이 문제를 완전히 해결하지는 못합니다. 앞서 언급한 2024년 4월의 시나리오는 ASDE-X가 설치된 DCA 공항에서 발생했습니다.

미국에는 5,000개 이상의 공공용 공항이 있지만, (비용 문제로 인해) 관제탑을 갖춘 곳은 540개에 불과합니다. 그 결과, 100개 이상의 상업용 항공 노선이 비관제 공항 (uncontrolled airports)으로 운항하고 있으며, 이 공항들에서 440만 건의 착륙이 이루어지고 있습니다. 제1원리 (first principles) 관점에서 항공 교통 관제는 훨씬 더 자동화되고, 더 원격 제어되며, 훨씬 더 저렴해질 것이며, 결과적으로 훨씬 더 널리 보급될 것입니다.

저희는 서로 알고 지낸 지 3년이 되었으며, 항공 교통 분야에서 일해야 한다는 결론을 각자 독립적으로 내렸습니다. 이 일을 시작하면서, 저희는 이것이 향후 10년 또는 20년 동안의 저희의 사명이라고 느낍니다.

만약 당신이 이 문제에 대해 고민해 본 조종사나 엔지니어라면, 저희는 당신의 의견을 듣고 싶습니다. 모든 분의 생각, 질문, 아이디어를 기다리고 있겠습니다!